翻转课堂在“大学物理实验”课程教学中的应用

洪锦泉

(闽江学院 物理学与电子信息工程系，福建 福州 350121)

翻转课堂在“大学物理实验”课程教学中的应用

洪锦泉

(闽江学院 物理学与电子信息工程系，福建 福州 350121)

分析翻转课堂应用于“大学物理实验”课程教学的可行性，以“扭摆法测量物体转动惯量”实验为例，介绍“大学物理实验”翻转课堂教学模式的教学设计、教学方法，为翻转课堂教学模式的推广应用提供参考。

翻转课堂；大学物理实验；转动惯量测量；教学改革

大学物理实验是理工科学生系统学习实验基本知识、全面了解实验方法、掌握实验技能的开端，也是专业实验和创新实验的基础。但目前众多高校开展大学物理实验存在着学生实验目标不明确、实验过程马虎、实验效果不佳等弊端。因此，如何改进“大学物理实验”课程的教学方法，促进学生自主、有效地学习成为研究热点。起源于美国的翻转课堂(Flipped Classroom)教学的出现，给传统课堂教学带来了挑战，也将推动传统课堂教学的变革[1-2]。如何充分运用信息技术的发展成果，借鉴翻转课堂的教学优势，传承与创新信息化背景下的“大学物理实验”课程教学，成为当前物理教学中需要考虑的问题[3-5]。本文结合大学物理实验“转动惯量的测量”教学内容，采用翻转课堂教学模式，扬长避短，提高学生学习的内驱力、效率及创新意识。

一、 翻转课堂应用于“大学物理实验”课程教学的优越性

将翻转课堂应用于“大学物理实验”课程教学具有传统课程教学无法比拟的独特优势。

1. 课前准备的便捷性

翻转课堂教学首先需要教师根据课程内容制作视频供学生自学预习。在当今信息化背景下，教师能够充分利用网络资源搜集教学材料；学生不仅能通过教师制作的视频了解实验内容、思考实验问题，而且也能够通过网络资源进一步学习相关知识、拓展知识面。同时，通过课前视频预习方式，一方面放宽了学生对学习条件的限制，他们可以随时随地利用“碎片化”时间反复观看视频进行学习；另一方面丰富的视频内容有助于激发学生预习的兴趣与热情。

2. 学习效率的有效性

翻转课堂能够有效地提高学生的学习效率。翻转课堂以课前、课中与课后教学环节全方位地强化学生学习，提升学生学习的内驱力。具体体现在：

(1) 课前强化预习。学生在上课前需要根据视频中预留的问题提交预习报告，具有强制性。课前预习视频是教师根据课堂实验内容精心准备的，具有针对性，而学生提交的预习作业基于视频材料，同样具有针对性。

(2) 课中注重引导。教师上课时无需重复视频内容，只需将精力放在解决学生预习作业中存在的误区或者提出的问题上，不仅能节省大量时间，而且能促进学生学习的知识真正内化。

(3) 课后巩固复习。翻转课堂教学能够激发学生学习的积极性与主动性，加深学生对知识的理解与把握，同时教师的引导也有助于学生课后总结与反思学习的不足。

3. 教与学方式的优化

与MOOC(大规模开放在线课程)教学类似，翻转课堂进一步倡导与巩固“学生主体、教师主导”的教学理念，主要体现在教师更专注于“教”的设计，而学生侧重于“学”的把握[6]。

(1) 有助于教师转变教学观念。以往教师在教学过程中，可能过分注重单向的知识传授，而翻转课堂对教师提出了更高的要求，即课前视频资料的整理需要有效性与吸引性；课中教学引导需要充分把握课程讲授的重难点，了解学生的学习误区，对学生的疑问及时做出回应。而这种真正“以学生为主体”的教学模式对教师的教学水平提出了挑战。

(2) 有助于改变学生的学习方式。翻转课堂教学一般采取小组学习的方式，一方面个体要充分发挥自身优势，体现个体在小组中的价值；另一方面又要注重团队协作，充分发挥团队力量。同时，学生能够在组内讨论与课内问题解答的过程中获取学习的成就感与满足感，能够在自由交流、充分讨论的过程中不断丰富自身的知识体系，拓展知识面。

二、 翻转课堂应用于“大学物理实验”课程教学的可行性

1. 翻转课堂与传统“大学物理实验”课程教学模式相类似

传统的“大学物理实验”课程教学，教师要求学生根据教材内容做好实验预习，按照实验指导书的要求做好相关实验，最后撰写实验报告。而翻转课堂教学模式是通过学习教师制作的视频资料，学生更有针对性地预习；教师通过学生的预习情况更有效地指导学生完成实验任务。因此，“大学物理实验”课程适合采用翻转课堂教学。

2. 翻转课堂与 “大学物理实验”课程教学基本要求相统一

教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会、物理基础课程教学指导分委员会制订的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》对教学基本内容与学生能力培养作了明确要求，翻转课堂不仅能让学生很好地完成实验内容，而且通过教师的问题引导及学生的团队协作，更有助于培养学生的分析研究能力及创新能力。

3. 翻转课堂的教学效果好于传统“大学物理实验”课程教学模式

在当前“大学物理实验”课程教学模式下，学生大多只注重实验数据而不注重实验过程，学生的动手能力弱，综合分析能力差，理论与实践相脱节。而翻转课堂教学更注重学生的学习能力培养，因而其教学效果好于传统的实验教学模式。

三、 “大学物理实验”翻转课堂教学设计

“大学物理实验”翻转课堂教学对教师的教学设计提出了挑战，不仅要求教师全面把握实验的重难点，而且要求教师能够及时对学生的学习做出反馈与回应，引导学生开拓创新。笔者认为，“大学物理实验”翻转课堂教学可以从以下几个方面入手，不断优化教学设计，促进教学相长。

1. 优化课程结构

需要改变以往教师讲授知识与学生做实验这种教与学相分离的教学模式，采用将实验内容合理划分成若干个知识点、基于问题教学的教学模式。通过教师引导与学生展示相结合的方式，调动学生的学习兴趣，提高实验教学的吸引力与学生学习的有效性。

2. 改进教学策略

优化的课程结构要求教师使用灵活的教学策略。实验教学一方面注重学生主体，可以采用问题讨论、分组评价、成果分享、思维拓展等形式进行；另一方面注重教师主导，可以采用提问、小测验、作业布置与分析等形式进行。根据实验内容需要使用适宜的教学策略，实现教学相长。

3. 注重教学关联

广义上的翻转课堂教学应该从课堂教学延伸至课前引导并延续至课后复习阶段，因此，教学设计必须注重课前、课中及课后各阶段相关联。教师需要从学生课前学习视频后提交的预习作业中了解学生的学习情况，并反馈于课堂教学中，同时注重课后知识巩固的延续。

4. 深化课程层次

“大学物理实验”课程教学应该充分考虑到学生个体的差异性。在实验问题设计上从易到难；在实验要求上，从实验仪器的使用到完整实验的衔接，再到实验改进与创新设计。从而使不同层次的学生在实验过程中获取知识，获得学习知识的满足感与成就感。

5. 加强能力培养

基于小组学习方式，将学生分为相对固定的若干组，一方面注重团队成员发挥才能，防止滥竽充数现象；另一方面通过合理的竞争机制，发挥学生课内外的主动性，培养学生的创新能力与合作精神。

四、 “大学物理实验”翻转课堂教学实践

以《大学物理实验》(鄢仁文编著，同济大学出版社出版)中“扭摆法测量物体转动惯量”实验为例，采用翻转课堂进行教学。实验要求采用扭摆法测量不同形状物体的转动惯量、验证平行轴定理。实验器具包括圆筒、圆柱、圆球等不同形状的物体，验证平行轴定理的细金属杆，TH-2型转动惯量测试仪，电子天平及游标卡尺等。

1． 课前准备

(1) 分小组研究。翻转课堂采用分组研究的方式进行。

(2) 材料准备。主要是指视频材料录制，将本次实验需要用到的实验仪器的操作方法、原理及实验内容等事先做成视频材料(分成3个6分钟左右的小视频)发送给学生预习。

(3) 问题探究。课堂预习作业问题的设置采用由简到难、循序渐进的方法，包含TH-2型转动惯量测试仪的使用、测量注意事项、转动惯量的影响因素等简单问题，以及采用类比法通过设计实验验证转动惯量的物理含义(与质量在运动学中的地位相类似)等相对较难的拓展思维训练。

(4) 课前预判。通过学生提交的预习作业，了解到学生对实验操作相对较熟悉，但对测量圆球直径等可能影响到实验精度的测量误差考虑不够周到，同时对复杂问题的实验设计较茫然。教师从中选择设计较全面的一组实验为例对设计性实验进行探究。

2． 课堂引导

(1) 知识巩固。选择预习作业不够理想的一组学生代表讲解实验原理及实验操作，其他小组对讲解中的问题进行分析与修正。此过程中教师要注重问题引导。

(2) 实验准备。选择对实验仪器操作较熟悉的一组学生代表讲解仪器操作流程，特别是TH-2型转动惯量测试仪的操作，分享心得。此过程采用学生互评的方式进行，发挥学生的主动性。

(3) 教师讲解。教师总结学生预习报告及课堂讲解中存在的问题与误区，及时反馈学生在预习作业中的突出问题，如圆球直径测量的注意事项等。在此过程中，教师对视频中已涉及到的原理、操作流程等知识不再重复讲解。

(4) 案例点评。以学生设计实验课为例，学生拓展性实验探究方案如下：沿倾角为θ、斜面长为s的顶端下落半径均为R的实心圆柱(质量为m1)与薄壁圆柱筒(质量为m2)，测试两物体的下滑时间，就可说明转动惯量(J)是描述刚体在转动过程中惯性大小的物理量。J大，从静止滑落至底端经历的时间t大；反之，J小则t小。本验证实验的难点在于如何尽可能精确地测量时间。

请小组学生代表讲解设计思路、设计原理，并提出实验中可能遇到的问题。学生代表介绍，该小组在设计时原本想采用水平方向上用弹簧给予物体初动能，但由于两者时间相差较短，这种设计可能会由于弹簧形变量不一致而导致实验结果精度不高或得不到结论。与此同时，其他小组进行点评，对该学生代表讲解中存在的问题提出解决方案。在其他学生分析、解决实验问题的基础上，该小组集思广益，进一步补充实验关键环节，完善实验方案。

(5) 学生实验。学生在上述讨论学习的基础上，按实验要求完成相应的实验任务。在此过程中，教师对学生实验操作中出现的问题及时进行纠正。

3． 课后复习

除完成实验报告外，学生对本次实验课的学习心得，包括物理概念、实验类比(转动惯量与惯性质量)、实验注意事项、测量关键，以及可行的设计性实验方案等内容以电子文档的形式在群内分享。同时，分小组轮流将各小组成员的实验心得体会进行分类收集并整理成册，以供学生日后复习及教师进一步改进教学方案参考。

五、 结语

翻转课堂教学注重学生主体性的发挥，让学生在问题讨论和经验分享中体验到学习知识的乐趣与成就，从而提高学生的学习热情及学习效率。笔者采用传统教学与翻转课堂教学两种形式，对闽江学院2014级数学与应用数学专业(师范类)学生分两大组进行测验，结果发现，采用翻转课堂教学的学生在概念理解、动手能力、实验报告、发散性思维方面都收到了良好的效果。

[1] 张潞英,谢嘉宁，陈国兴,等.提高大学物理实验课教学效果的几点做法[J].大学物理实验，2014,27(6)：118-120.

[2] 侯东彪.大学物理实验课应用慕课教学的几个问题[J].教育教学，2014,7(7):207.

[3] 倪燕茹.地方本科院校大学物理实验课程融合“慕课”教学模式必要性的思考[J].大学物理实验，2014,27(6)：118-120.

[4] 房毅,张先梅,钟菊花,等.基于“慕课”的物理类微课程设计探索[J]．物理与工程,2014,24(3):61-63.

[5] 张茹，吴高建. 基于翻转课堂模式的工科大学物理教学改革实践与探索[J]．时代教育，2014,21(11):200-201.

[6] 洪锦泉,侯秋丽.MOOC对传统课堂教学模式的启迪与借鉴[J]．纺织服装教育，2015,31(2):633-635.

(责任编辑：吴文英)

2016年福建省中青年教师教育科研项目(JAT160393)；2015年闽江学院高等教育教学改革研究项目(MJU2015A003)

洪锦泉(1985—)，男，福建南安人，讲师，博士研究生，研究方向为太阳能发光。 E-mail:jqhong@mju.edu.cn

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2095-3860(2017)01-0073-04